論昆明地鐵運營監測的必要性

李霞，張蘊民，劉兵

（北京中天路通工程勘測有限公司，北京 100124）

1 引言

昆明地鐵沿線工程地質條件復雜，使得地鐵在運營期間可能存在一定的安全隱患。而地鐵建成之后，沿線工程建設活動又可能導致其工程地質條件發生改變，如造成巖土體物理力學性質發生變化、地下水滲流與排泄路徑改變、誘發不良地質作用等。此外，水文氣象條件異常、區域性大規模水利工程等，也會引起地鐵沿線工程地質條件發生改變。從長遠來看，地鐵沿線的工程地質條件由于各種環境因素的影響而處于動態變化中，這就使得地鐵隧道和車站等結構的受力狀態和變形情況可能超出設計允許值，進而埋下安全隱患，甚至造成安全事故。因此，為了保障地鐵長期運營的安全性，周期性地對地鐵結構及相關構筑物進行變形監測是非常必要的。

2 昆明地鐵概況

目前，昆明市正在運營的地鐵線路有南北向的1 號、2 號線（全長 69.5km，包括 1 號線支線），以及東西向的 3 號、6 號線（全長50km）。另外，還有6 條線路為在建狀態。

3 近年地鐵沿線工程建設情況

昆明地鐵的修建，為促進沿線商業發展和城市繁榮起到了積極作用。本文以地鐵3 號線、6 號線一期工程為例，對比其2017—2019 年的遙感影像，發現近3a 來這2 條地鐵沿線環境變化明顯，說明沿線工程建設發展迅速。如圖1、圖2 所示。

4 主要工程地質條件及其對地鐵安全運營的影響

4.1 地形地貌

圖1 昆明地鐵3 號線虹橋—東部汽車站區間周邊環境變化對比影像

圖2 昆明地鐵6 號線東部汽車站—大板橋區間周邊環境變化對比影像

昆明盆地的地貌分為湖泊地貌、侵蝕地貌和巖溶地貌。湖泊地貌為盆地內的主要地貌，分為第三紀湖積地貌及第四紀沖湖積地貌。巖溶地貌主要分布在三十畝以及圓通山、五華山、大板橋以南上甸等地。寶象河水庫周圍以及梁王山、西山、大板橋—日昨云一帶主要為侵蝕地貌，局部為溶蝕地貌【1】。

昆明地鐵線路跨越不同地貌單元，巖土體類型及物理力學性質差異較大，應注意不同地貌單元交接處地鐵隧道及構筑物的不均勻沉降問題。

4.2 活動斷裂的影響

昆明市位于普渡河斷裂與小江斷裂之間，二者均為活動斷裂，區內有記錄可查的較高級別的地震多與該2 條斷裂活動有關。因此，昆明地鐵線路必然受斷裂帶活動的影響，應密切關注地震后地鐵隧道及構筑物的變形情況，尤其是距離斷裂帶較近部位的變形情況。

4.3 地層巖性

昆明盆地巖土體成因類型復雜，厚度變化大。第四紀沉積層除黏性土、砂土及卵礫石外，紅黏土、軟土等特殊性土層也廣泛分布，尤其是滇池周圍的湖相沉積層中廣泛分布有厚層的淤泥、淤泥質黏土、泥炭及泥炭質土等軟土層。此外，昆明盆地下伏基巖的工程性質也較為復雜，砂巖、泥巖、頁巖及淺變質板巖、碳酸鹽巖、玄武巖等均有分布，且基巖面起伏較大，風化程度也差異較大【2】。

昆明地鐵隧道穿越復雜地層，且車站樁基礎持力層也多有差異。即使在地鐵施工過程中克服了復雜地層導致的施工困難和安全問題，但長期運營過程中振動荷載的長期循環作用，以及沿線工程建設活動造成的各種擾動問題（尤其是大荷載、深基坑、多降水地的工程），均有可能改變巖土體的物理力學性質，使巖土體發生過量變形、不均勻沉降或強度破壞等，進而影響地鐵的安全運營。

4.4 水文地質

昆明盆地地下水包括松散層孔隙水、基巖裂隙水和巖溶水3 大類，其中，孔隙水對地鐵施工與運營影響最大?？紫端饕植加跊_洪積谷地、山前洪積臺地以及湖盆地區，水位埋深變化較大，在湖盆區一般小于1m，在呈貢林塘—白云一帶埋深達52m。

地鐵沿線新建工程如有降水需求，隨著地下水位的下降，降水漏斗影響范圍內的土層有效應力將會增加，引起土層沉降變形。大規模工程建設還可能造成場地及其附近地下水徑流方向與徑流量發生變化，應關注該變化是否不利于巖土體的穩定性【3】。

4.5 砂土液化

昆明盆地土層按成因類型可分為湖相沉積、沼相沉積和河灘相沉積，這些沉積層中埋深較淺的砂土和粉土多呈稍密～中密狀態，有發生液化的可能性。

地鐵振動荷載長期循環作用、沿線其他動荷載以及地震等，均有可能引起砂土液化，進而造成地鐵構筑物的位移或變形。

5 地鐵長期運營監測的意義

5.1 保證地鐵運營的安全性

為掌握地鐵主體結構的變形情況，及時發現并消除安全隱患，保證地鐵長期運營的安全性，就要對地鐵主體結構進行長期變形監測【4】。

5.2 為未來運營維護方案提供參考依據

可將地鐵運營監測數據與地鐵施工過程的監測數據進行系統整理，追本溯源地對地鐵結構的安全狀態進行評價，總結地鐵建成以來所產生問題的規律性，并對各類問題解決方案的可行性、有效性進行系統評估，形成一套適用于昆明地鐵運營與維護的寶貴技術經驗，供未來運營維護方案借鑒。

5.3 為臨近、穿越地鐵線路的工程活動提供參考依據

臨近、穿越地鐵線路的工程建設越來越多，一方面，這些施工活動給地鐵結構的安全性造成極大隱患；另一方面，地鐵車輛荷載可能對這些鄰近和穿越工程造成不良影響。因此，當有鄰近、穿越地鐵線路的工程活動時，應對地鐵線路重點部位進行監測，而地鐵運營長期監測數據也可為此類工程提供參考依據【5】。

6 昆明地鐵運營監測應注意的巖土工程問題

根據地鐵沿線的工程地質條件，現對地鐵運營監測應注意的巖土工程問題做如下總結：

1）軟土層具有高含水量、大孔隙比、高壓縮性、低強度、慢固結等特點，且具有流變性，發生變形破壞時可能引起車站基坑支護結構的變形。

2）基巖面起伏較大，巖性與風化程度不均勻，可能導致樁基不均勻沉降。

3）樁周填土、軟土厚度不均勻，地面附加荷載分布不均勻，可能造成各樁負摩阻力差別較大，進而造成樁基的不均勻沉降。

4）紅黏土遇水膨脹，強度降低，可能造成地鐵基坑與圍巖支護結構的變形甚至破壞。

5）地鐵沿線如有工程建設活動，尤其是深基坑、大荷載的工程，一方面施工降水會引起土層的壓縮變形；另一方面鄰近工程的附加荷載也會引起地鐵基坑周邊土層及隧道上覆土層的沉降變形，導致地鐵構筑物的位移或變形。

6）沿線工程建設可能會影響地鐵周邊的水力學聯系，改變地下水的滲流方向、滲流量，甚至增大滲透力，造成地鐵基坑周邊及隧道圍巖中發生滲透變形，引起支護結構的位移或變形。

7）沿線分布有飽和的砂土、粉土等地層，地震、車輛動荷載或其他工程動荷載，可能引起砂土液化，進而造成地鐵構筑物的位移或變形。

8）地鐵隧道穿越不同巖土層、不同地貌單元的部位，應關注圍巖物理力學性質的差異可能導致的不均勻變形。

9）沿線有巖溶分布的位置，經地鐵施工影響、地鐵荷載長期作用，以及外部施工擾動后，其穩定狀態也應做監測與評價。

10）活動斷裂的影響不可忽視，距離活動斷裂帶較近的部位應做水平位移與沉降變形監測。

7 結語

昆明工程地質條件本就復雜，隨著城市建設的發展，地鐵沿線的工程建設活動不斷增加，使得本就復雜的工程地質條件不斷受到影響，甚至發生改變，進而影響到地鐵的安全運營。因此，對昆明地鐵進行長期運營監測是非常必要的。